Титан в природе (0,6% в Земной коре)

История открытия этого элемента связана с определенными трудностями. В конце 18 века, немецкие ученые получили неизвестный материал, который был назван титаном. Название этого металла связано исключительно со стандартами химического наименования — о его свойствах было известно немного. Подробные исследования физико-химических характеристик титана стали возможны лишь в середине 20 века, когда был получен химически чистый материал для исследований. Тогда же и были установлены его удивительная прочность и ряд других качеств, благодаря которым титан стал одним из самых востребованных металлов в промышленности.

Основные характеристики

Является типичным представителем переходных металлов, внешне напоминает очищенное железо или высокоуглеродистую сталь. Очень прочен и, в тоже время, пластичен — при работе с ним возникает опасность налипания титана на поверхность инструментов. Чистый титан на воздухе довольно быстро окисляется с образованием защитной пленки, что обуславливает характерный тусклый блеск этого металла.

Примечательно, что в плане своей геохимии, титан очень схож с алюминием. В чистом виде не встречается, основная природная форма — оксиды, а также соединения кальция, различные соли и руды. Практически всегда содержится в бокситах, что позволяет проводить одновременную добычу титана и алюминия.

Физико-химические свойства

Выделение чистого титана в конце 20 века позволило провести ряд детальных исследований этого необычного металла, что привело к настоящей сенсации. Титан обладал наивысшими показателями прочности среди всех известных тогда элементов, при этом охотно взаимодействовал с большинством реагентов. В настоящий момент физические свойства титана изучены практически досконально:

• Температура плавления — 1670 ⁰С;
• Средняя плотность — 4,5 г/см³;
• Высокие показатели гибкости и вязкости;

Чистый титан считается довольно хрупким металлом — в нормальных условиях его прочность почти в два раза ниже, чем таковая у никеля или железа. Однако в промышленности в основном используются жаропрочные сплавы на титановой основе, которые в определенных температурных пределах превосходят по прочности и упругости все известные современные металлические соединения.

По своим химическим показателям титан относится к активным переходным металлом. Охотно вступает в реакцию с кислородом с образованием поверхностного слоя из оксида титана. Этим объясняется его коррозионная стойкость, которая характерна для всех неорганических сред. Будучи измельченным в мелкую пыль является огнеопасным веществом, легко воспламеняется с выделением большого количества энергии.

Распространение в природе

Титан является весьма активным элементом, охотно вступает в спонтанные реакции с кислородом и солями. По этой причине, в земной коре химически чистый титан никогда не встречается. Кроме того, природная аллотропная модификация этого элемента четырехвалентна, из-за чего основная форма титана — оксиды, а также соли железа, кальция и алюминия. Добыча ведется совместно с добычей других металлов, основной метод выделения титана — химическая очистка по методу кислотного травления с дальнейшей обработкой и осаждением.

По примерным оценкам, в состав земного грунта входит около 0,6% титана в чистом эквиваленте, что ставит его на десятое место по распространенности. Современные методы добычи титана позволяют использовать его в промышленных масштабах, ежегодные объемы производства оценивается в 5 миллионов тонн.

Сфера промышленного и прикладного применения

Большая часть всего получаемого титана используется для нужд машиностроения, авиационной и судостроительной промышленности. В этом качестве, титан используется наравне с алюминием и железом, что объясняется его чрезвычайно высокими прочностными характеристиками в сочетании с низким весом и плотностью.

Наибольшую известность титан получил в авиационной промышленности, где применяется для изготовления реактивных двигателей, несущих конструкций и деталей обшивки. Кроме того, титан используется во всех сферах, где необходим материал с высокой коррозионной стойкостью и жаропрочностью: химическая промышленность (изготовление емкостей и приборов), производство высокопрочных инструментов.